Artificial dielectric superlattices of SrTiO_3/BaTiO_3 (STO/BTO) and CaTiO_3/BaTiO_3 (CTO/BTO) have been formed by a pulsed laser ablation technique with an in situ monitoring of RHEED (reflection high energy electron diffraction) oscillation. The crystal structures can be controlled with atomic order accuracy and a large stress of 400-500 MPa is introduced at the interface between the BTO and STO layrs. The superlattices show higher dielectric constant than that of (Sr_<0.5>Ba_<0.5>) TiO_3 films against the change of temperature or applied freqency. A large dielectric constant of 900 was observed for the superlattices with a stacking periodicity of 2 unit cells/2 unit cells. The superlattices show drastically different electrical behavior from that of the solid solution (Sr, Ba) TiO_3 films, both with changing temperature and applied frequency. Broad maxima of the dielectric constants occur around 40-50? A1C and the valucs remain large even for the temperature above 200? A1C.On the co
… Morentrary, in the case fo CTO/BTO superlattices, lattice constans and dielectric constant do not change so much compared with STO/BTO cases. Lattice mismatch in the STO/BTO and the CTO/BTO superlattices are 2.5% and 5.5%, respectively. In the case of CTO/BTO,misfit dislocations such as stacking faults may occur at the interface between CTO and BTO layrs owing to large lattice mismatch. Therefore, lattice strain is introduced effectively below the lattice mismatch of about 3 %.積層周期が薄くなるに従って、BaTiO_3層のa軸は圧縮されて縮み、c軸はポアソン比を保つかたちで伸びている。格子のミスマッチ(約2.5%)により積層界面に結晶歪が導入されたと考えられ、格子歪みから見積もられるSrTiO_3/BaTiO_3界面での結晶化学的な圧力はおよそ0.5-1.00GPaと非常に大きな値であった。また誘電率は、この格子歪みに対応して急激に増加し、薄膜としては非常に大きな値(約900)を示した。これに対して人工格子と同じ膜圧の(Sr_<0.5>Ba_<0.5>)TiO_3固溶体の薄膜における誘電率はおよそ300であった。人工格子で大きな誘電率を示すのは、積層する各層の厚さが薄くなるに従い格子歪が大きくなり、これに伴い正方晶性が強調されて誘電率が増大したものと考えられる。さらに興味深いことは、超格子の誘電特性の温度依存性において、固溶体(Sr,Ba)TiO_3の単相膜が約35℃付近で急激な転移を示し、誘電率が減少するのに対して、超格子では人工格子の積相界面に周期的に導入されている歪効果のために正方晶構造が保持されて、200℃以上の高温まで高い誘電率を示している。誘電率の総膜厚に対する変化に関して、(Sr_<0.5>Ba_<0.5>)TiO_3固溶体薄膜の誘電率は膜厚の減少と共に急激に低下しているのに対し、歪超格子では膜厚500Aの薄い試料でも誘電率500〜700の高い値を示した。この結果は、「膜厚を薄くすると誘電率が低下する」という現在の誘電体薄膜化における深刻な問題点を解決する一つの有力な手段として注目すべき結果であると考えられる。 Less